Породоразрушающий элемент Советский патент 1992 года по МПК E21B10/46 E21B10/52 

Изобретение относится к производству бурового алмазного инструмента, а именно к изготовлению породоразрущающих элементов, -содержащих алмазные поликристаллические пластины, предназначенных для оснащения долот, коронок и другого инструмента, работающего в условиях интенсивного абразивного воздействия.

Известна конструкция породоразруша- ющего элемента цилиндрической формы, содержащего алмазные поликристаллические пластины в виде круглого стержня или его.сектора. Пластины размещены в матричном материале, одинаково ориентированы и находятся в непосредственной близости друг от друга или удалены друг от друга.

Недостатком конструкции является наличие протяженных участков матричного материала между алмазными пластинами, которое вырабатываются породой в процессе бурения, в результате чего существенно ухудшается удержание пластин в породо- разрушающем элементе, что влечет за собой их выпадение и снижение стойкости элемента в целом.

Известна также конструкция породо- разрушающего элемента в форме круглой алмазно-твердосплавной пластины.

Недостатком такой конструкции является непрерывность алмазного слоя, в силу низкой трещиностойкости которого возникающие в нем трещины распространяются через весь слой, приводя к выходу из строя породоразрушающего элемента.

Наиболее близким к изобретению является породоразрушающий элемент, содержащий хвостовик цилиндрической формы и закрепленную на одном из его торцов алмазную поликристаллическую пластину в виде диска или его части, диаметр которого равен диаметру хвостовика.

XJ

00 00

о о

Јь

Недостатки этой конструкции те же, что и предыдущей.

Целью изобретения является повышение стойкости породоразрушающих элементов для бурового инструмента.

Указанная цель достигается за счет того, что в породоразрушающем элементе, содержащем хвостовик цилиндрической формы и закрепленную на одном из его торцов алмазную поликристаллическую пластину в виде диска или его части, диаметр которого равен диаметру хвостовика, алмазная пластинка выполнена в виде нескольких секторов диска, размещенных с зазором относительно друг друга, причем величина зазора составляет от 0,02 до 0,22 величины радиуса диска.

На фиг.1 и 2 представлен породоразру- шающий элемент;.на фиг.З и 4 - то же, другое исполнение.

Породоразрушающий элемент содержит алмазную поликристаллическую пластину 1, закрепленную на торце хвостовика цилиндрической формы 2, причем алмазная пластина выполнена в виде нескольких секторов диска (диаметр которого равен диаметру хвостовика), размещенных с зазором относительно друг друга, величина которого составляет от0,02 до 0,22 величины радиуса диска г.

Породоразрушающий элемент, изображенный на фиг.2а, содержит алмазную пластину 1 в виде трех секторов, расположенных в верхней части элемента, в которых центральный угол а. составляет 60°. Элемент на фиг.2б также содержит пластину 1 в виде трех секторов, из которых средний имеет центральный угол а., равный 90°, а два боковых - по 60°. Элемент на фиг.2в содержит алмазную пластину 1 в виде двух секторов с центральными углами (X, равными 60 или 90°.

Элемент работает следующим образом.

Элемент закрепляют в буровом инструменте (дологе или коронке) так, что его рабочей гранью является торцевая поверхность, оснащенная алмазной пластиной. В процессе работы инструмента разрушение породы путем резания производится верхней половиной породоразрушающего элемента. Поскольку матричный материал, из которого изготовлен элемент, в его рабочей части присутствует лишь в виде тонких прослоек в зазорах между секторами алмазной пластины шириной менее 0.22 величины ее радиуса г, то износ его в процессе буоелия минимален. Увеличение величины зазора в свыше 0,22г приводит к возрастанию вырабатывания матричного материала

породой при бурении, а следовательно, к ослаблению удержания секторов алмазной пластины в породоразрушающем элементе и снижению его стойкости. С другой стороны, величина зазора менее 0,22г обычно оказывается недостаточной для останова трещины, распространяющейся в одном из секторов, вследствие чего возрастает вероятность выхода из строя породоразрушаю0 щего элемента из-за его разрушения.

При бурении мягких и средней крепости пород нижняя половина породоразрушающего элемента подвержена значительно меньшему износу, поэтому она может состо5 ять целиком из матричного материала. В этом случае секторы алмазной пластины располагают лишь в верхней (рабочей) части элемента, благодаря чему расход пластин снижается вдвое при неизменной износо0 стойкости породоразрушающего элемента. Процесс изготовления и испытания породоразрушающих элементов.

П р и м е р. В условиях высоких давлений и температур изготавливают алмазные по5 ликристаллические пластины в форме секто ра диска с углом при вершине 60 и 90°, высотой 4 мм. Радиус сектора во всех случаях составляет 6,75 мм. Длина I плоских боковых граней равняется 6,65: 6,6; 5,85; 5,2 ь

0 5 мм. Из этого же материала изготавливают партию круглых алмазных пластин диаметром 13,5 мм и высотой 4 мм. Затем изготавливают методом порошковой металлургий партию породоразрушающих элементов по

5 6 шт. диаметром 13,5 мм и высотой 10 мм, содержавшие 6 алмазных пластин (фиг.1), величина заполненного матричным материалом зазора между которыми составляет 0,1; 0,15; 0,9; 1,5 и 1,75 мм, т.е. соответствен0 но 0,015; 0,02; 0,13; 0,22 и 0.26г. Изготовлены также партии элементов с тремя и двумя алмазными пластинами (фиг.З и 4), в которых толщина прослоек составляет 0,9 мм (0,13г), Изготовлены также известные поро5 доразрушающие элементы, оснащенные сплошной алмазной пластиной диаметром 13,5 мм.

Испытания породоразрушающих элементов на стойкость производят путем стро0 гания плиты кварцевого песчаника на стенде, выполненном на базе продольно- строгального станка при следующих параметрах: глубина резания 0,5 мм, поперечная подача 3,5 мм, скорость резания 0,25 м/с.

5В качестве критерия стойкости породоразрушающего элемента определяют путь, пройденный им при строгании до выхода из строя. Более высокую стойкость имеют по- родоразрушающие элементы с шириной прослойки между алмазными пластинами,

равной 0.02-0,22 (0,15-1.5 мм). В этом случае выход их из строя происходит в результате износа алмазных пластин. Уменьшение толщины зазора менее 0,02г приводит к возрастанию количества породоразрушающих элементов, разрушающихся в процессе испытаний, а увеличение свыше 0,22г - к выпаданию алмазных пластин. В обоих случаях стойкость породоразрушающих элементов значительно снижается.

Таким образом, предлагаемый породе- разрушающий элемент позволяет повысить стойкость в 1.3-1,4 раза по сравнению с известными элементами.

Формула изобретения 1 .Породоразрушающий элемент, содержащий хвостовик цилиндрической формы и закрепленную на одном из его торцов алмазную поликристаллическую пластину в

0

5

0

виде диска или его части, диаметр которого равен диаметру хвостовика, отличающийся тем, что, с целью повышения стойкости, алмазная пластина выполнена в виде нескольких секторов диска, размещенных с зазором относительно друг друга, причем величина зазора составляет от 0,02 до 0,22 величины радиуса диска.

2.Элемент по п.1, отличающийся тем, что алмазная пластина выполнена в виде двух секторов, центральные углы которых составляют 60 или 90°.

3.Элемент по п.1,отличающийся тем, что алмазная пластина выполнена в виде трех секторов с центральными углами, составляющими 60°.

4.Элемент по п.З, отличающийся тем, что центральный угол среднего сектора составляет 90°.

Использование: армирование рабочих торцов бурового инструмента. Сущность изобретения:, породоразрушающий элемент содержит хвостовик цилиндрической формы и закрепленную на одном из его торцов алмазную поликристаллическую пластину в виде нескольких секторов диска, диаметр которого равен диаметру хвостовика. Сектора размещены с зазором относительно друг друга. Величина зазора составляет 0,02-0,22 величины радиуса диска, Количество секторов равно двум, а их центральные углы составляют 60 или 90°. Количество секторов равно трем, а их центральные углы составляют 60°. В последнем случае центральный угол среднего сектора может быть равен 90°. 3 з.п.ф-лы, 4 ил. сл с

Фиг.2

и

фигЗ

Фиг